[发明专利]一种生产氧化锆的副产物硅灰中二氧化硅微球解聚方法

说明书

一种生产氧化锆的副产物硅灰中二氧化硅微球解聚方法，该方法是根据电熔法生产ZrO₂副产物硅灰中SiO₂微球的性质和团聚特点，提供一种实现电熔法生产ZrO₂副产物硅灰中SiO₂微球颗粒解聚的方法，发明内容主要包括：制备硅灰粉体‑水悬浮液，对硅灰粉体‑水悬浮体实施碱溶处理、硅灰‑碱溶产物水洗、硅灰‑碱溶产物研磨机介质研磨及分散剂分散、硅灰‑研磨产物过滤干燥五个步骤；本方法解决了电熔法生产ZrO₂副产物硅灰中SiO₂微球团聚严重、难以实现稳定分散问题，提高了电熔法生产ZrO₂副产物硅灰的使用性能和利用价值，在生成SiO₂颗粒过程中实现控制团聚。

技术领域：

本方法涉及到一种生产氧化锆的副产物硅灰中二氧化硅微球解聚的生产技术领域，具体地讲，涉及到一种生产氧化锆的副产物硅灰中二氧化硅微球解聚的处理方法。

背景技术：

本方法所涉及的硅灰为工业上电熔法生产氧化锆的副产物。氧化锆的结构式为ZrO₂，它熔点高，化学稳定性强，并兼有耐酸性、碱性和还原性特性，因而成为目前现代高技术产业发展的重要基础原料之一。可采用化学合成和电熔两种方法生产ZrO₂，其中，电熔法生产ZrO₂的过程是：以组成为硅酸锆即ZrSiO₄的锆英石为原料，以碳为还原剂，再加入适量的催化剂或稳定剂，最后通过电弧炉的高温作用将ZrSiO₄分解成ZrO₂和二氧化硅。二氧化硅的化学式为SiO₂，由于生成的SiO₂被碳还原为一氧化硅即SiO气体溢出，所以可由此分离得到ZrO₂产品。SiO气体在烟道排出过程遇冷空气被氧化为非晶态SiO₂而成为副产物硅灰。由于SiO氧化成SiO₂为急剧冷凝过程，Si和O原子来不及形成有序排布，故生成的SiO₂不能为晶体而只能呈非晶态结构，并且形成大小为微米级的球体颗粒。由于高温，SiO₂微球间存在较强结合作用，所以形成团聚形态。此外，硅灰还含有少量ZrO₂组分。

硅灰在过去通常作为固体废弃物作堆放处理，占用土地并造成资源浪费。近年来，基于硅灰具有的SiO₂纯度高、颗粒表面火山灰活性强和流动性好这些特点，将其作为水泥、混凝土和耐火材料制品的掺和料或添加剂实现了部分应用，但功能作用有限，产品附加值较低。另外，硅灰白度高、其中的SiO₂微球硬度大，表面活性强、大小均匀，流动性好，这些特点使硅灰被加工成优良的功能性填料成为可能。然而，硅灰中SiO₂微球存在颗粒间团聚严重的问题，现有技术条件难以对其实现有效的解聚分散。因此，在实际应用中通常是将SiO₂微球团聚体作为添加剂原料直接应用。二氧化硅微球的团聚现象制约了它火山灰活性的有效发挥，同时，也成为制备功能性填料的障碍，因此造成在应用过程中出现在基体中分散不均，使用性能降低等问题。因而，采用技术手段使硅灰中SiO₂微球团聚体有效解聚，并防止再发生二次团聚，对提高其反应活性、利用效率及向高附加值产品领域拓展均具有重要作用。

固体颗粒间的团聚根据形成机理可分为软团聚和硬团聚，其中，软团聚是指微纳米颗粒通过彼此间的弱结合作用，如范德华力和静电作用力所形成的团聚，团聚体较容易打散。而硬团聚主要是指颗粒彼此间通过形成氢键、晶桥、化学键和表面原子扩散作用形成的具有较强结合作用的聚集。在电熔法ZrO₂生产的副产物硅灰中，SiO₂微球团聚体既存在硬团聚，也存在软团聚作用，即首先由SiO₂单元颗粒通过硬团聚作用聚集形成颗粒间结合力强的二次颗粒，然后由二次颗粒彼此通过软团聚作用再凝聚。所以，硅灰中SiO₂微球团聚体的解聚必须针对这些特点来进行。